4.2 主动运输与胞吞、胞吐

知识关系导航

• 所属章节：细胞的物质输入和输出
• 对比知识：被动运输
• 结构基础：前一章的膜蛋白镶嵌方式和细胞膜流动性。
• 过程联系：前一章分泌蛋白由囊泡运输并与细胞膜融合的过程。

本节学习目标

1. 根据浓度梯度、载体蛋白和能量判断主动运输，并说明其生命意义。
2. 描述载体蛋白结合、构象改变、释放和复位的运输循环。
3. 区分胞吞与胞吐，说明膜流动性、膜蛋白和能量的作用。
4. 解释甲状腺吸碘、离子浓度差、分泌蛋白外排和变形虫摄食等情境。
5. 设计实验判断某种离子吸收是否属于主动运输。

核心知识点讲解

一、知识对象与生命情境

甲状腺滤泡上皮细胞内碘浓度可比血液高$20\sim 25$倍。细胞仍从较低浓度一侧吸收碘，说明不是顺梯度的被动运输；这种逆梯度积累需要转运蛋白并消耗能量。

二、核心概念与结构功能

主动运输

主动运输是物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白协助，同时消耗细胞内化学反应释放的能量。载体通常只适合一种或一类物质，体现选择性。

载体工作的概念过程：运输物与特定位点结合→能量推动载体构象改变→运输物在膜另一侧释放→载体恢复原状。主动运输能使细胞选择吸收所需物质、排出代谢废物或有害物质，并长期维持膜两侧不均匀分布。

三、关键过程、规律与调控机制

胞吞

大分子或颗粒通常先与膜蛋白相互作用，引起局部细胞膜内陷，形成包围物质的小囊，小囊与膜分离成为囊泡进入细胞。胞吞形成的囊泡可与溶酶体联系并被降解。

胞吐

细胞内大分子先被囊泡包裹，囊泡移到细胞膜处并与膜融合，将内容物释放到细胞外。消化酶、蛋白质类激素等分泌物可通过胞吐排出。

胞吞、胞吐都需要能量和膜上蛋白质参与，并依赖磷脂双分子层的流动性。运输物通过膜包围的囊泡跨越边界，并非直接穿过转运蛋白的孔道。

四、典型模型与分析方法

四种运输方式比较

方式	方向	蛋白质	能量	囊泡	典型对象
自由扩散	顺梯度	不需	不需	无	${\mathrm{O}}_2$、$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$、脂溶性小分子
协助扩散	顺梯度	载体或通道	不需	无	葡萄糖进入红细胞、水经水通道、离子通道运输
主动运输	逆梯度	载体	需要	无	细胞积累${\mathrm{K}}^{+}$、吸收某些离子和营养物
胞吞/胞吐	不以跨膜浓度梯度为主要判据	膜蛋白参与	需要	有	大分子、颗粒物、分泌蛋白

五、图表、实验与证据链

教材图4-7：变形虫摄食与排遗

图中可见变形虫膜包围食物形成囊泡，内容物被消化，残渣再经膜融合排出。它说明一个细胞可连续协调胞吞、胞内消化和胞吐，但模式图不能提供每一步的实际时间和能量数值。

教材荧光图显示绿色的痢疾内变形虫与被吞噬的人体细胞相互作用，是疾病材料中的真实观察证据；它不能单独显示胞吞的全部膜变化，机制要结合图4-8理解。

六、题型应用与迁移

判断离子是否主动运输，可比较细胞内外浓度和净运输方向，并设置代谢抑制或缺氧处理：若抑制能量供应后离子吸收显著下降，且原方向为逆梯度，支持主动运输。必须设置未处理对照、保持外液浓度和温度等一致，并检测细胞活性，避免把细胞死亡造成的下降误判为主动运输证据。

重点梳理

• 主动运输三要素：逆浓度梯度、载体蛋白、细胞供能。
• 胞吞是膜内陷并形成囊泡进入；胞吐是囊泡与膜融合后释放。
• 胞吞、胞吐不等同于小分子“穿过”磷脂双层，判断重点是囊泡和膜形变。
• 膜蛋白种类、数量和空间结构是选择透过性的重要结构基础；膜流动性支持囊泡形成与融合。

难点突破

1. 主动运输不等于“进入细胞”

主动运输可以吸收也可以排出，方向要由浓度梯度和材料中的净运输方向共同判断。例如由细胞内低浓度一侧排到外界高浓度一侧同样是逆梯度。

2. 大分子运输为何不用载体蛋白

转运蛋白孔道或结合位点只能容纳特定离子和小分子。蛋白质、多糖或颗粒尺度过大，需要膜包围形成囊泡。

3. 果脯变甜为什么不是活细胞主动运输

腌制和加工会使细胞死亡、膜结构受损，糖可进入组织；不能把死亡材料中的糖扩散说成消耗能量的主动运输。

例题讲解

例题：判断离子进入细胞的方式

题目：某离子细胞内浓度为外界的30倍，细胞仍持续吸收；缺氧后吸收速率下降。判断运输方式并说明依据。

分析：持续由外界低浓度进入细胞高浓度，是逆梯度；缺氧降低能量供应并使速率下降；离子跨膜还需载体蛋白。

答案：主动运输。依据是逆浓度梯度、需要细胞能量，并需膜上相应载体蛋白。仅凭缺氧影响不能单独定论，因为缺氧还可能广泛损害细胞，需对照和活性检测。

易错点整理

1. “所有小分子和离子都自由扩散”——带电离子通常需转运蛋白。
2. “大分子经载体蛋白并耗能”——通常经胞吞或胞吐。
3. “被动运输都不需蛋白”——协助扩散需要转运蛋白。
4. “胞吞胞吐不算物质进出细胞”——它们是大分子运输方式，只是物质不直接穿过膜。
5. “ATP变成运输物”——ATP水解释放的能量驱动载体构象变化。

考点考证点整理

考点一：主动运输判定

• 出题思路：给细胞内外浓度柱状图、代谢抑制实验或离子积累情境。
• 关键条件：净运输方向、是否逆梯度、是否需要载体和能量。
• 解答要点：逐项写出三条依据，并说明维持浓度差的生理意义。
• 易扣分点：只凭“需要蛋白”判断；把所有进入细胞的过程写成主动运输。

考点二：胞吞胞吐过程图

• 出题思路：以吞噬、分泌或膜面积变化图考步骤和结构基础。
• 关键条件：膜内陷还是囊泡融合、运输方向、是否形成囊泡。
• 解答要点：写清膜形变、囊泡形成/融合、能量和膜流动性。
• 易扣分点：漏写膜蛋白参与；说运输物通过载体穿膜。

考点三：运输实验设计

• 出题思路：判断植物吸盐或细胞排离子是否为主动运输。
• 关键条件：对照、能量抑制、浓度梯度、细胞活性。
• 解答要点：正常组与抑制能量组比较净运输速率，控制其他变量并重复。
• 易扣分点：只测一个终点浓度；不排除细胞死亡和膜损伤。

练习题

1. 教材概念检测第1题：判断：①所有小分子或离子均自由扩散；②大分子经转运蛋白进入并耗能；③被动运输都不需转运蛋白；④逆梯度运输需能量和载体。
2. 教材概念检测第2题：判断果脯变甜、脂溶性物质运输、葡萄糖进入红细胞和大肠杆菌吸收${\mathrm{K}}^{+}$的运输方式。
3. 教材概念检测第3题：胃蛋白酶原运出细胞属于哪种方式？
4. 教材拓展应用第1题：草履虫在蒸馏水和海水中，伸缩泡活动频率如何变化？
5. 教材拓展应用第2题：柽柳根部吸收盐离子是主动还是被动运输？设计验证实验。

练习题答案

1. ①错，离子带电通常需转运蛋白；②错，大分子通常胞吞；③错，协助扩散需转运蛋白；④正确，这是主动运输的典型条件。
2. 果脯加工中细胞多已死亡或膜受损，不是主动运输；脂溶性物质较易自由扩散；葡萄糖进入红细胞借助转运蛋白但不耗能，属协助扩散；大肠杆菌逆梯度吸收${\mathrm{K}}^{+}$需载体和能量，属主动运输。因此教材选择题错误项为A。
3. A，胞吐。胃蛋白酶原是大分子分泌蛋白，由分泌囊泡与细胞膜融合后排出。
4. 蒸馏水中外液浓度低，水大量进入，伸缩泡收缩排水频率加快；海水中外液浓度高，进水减少甚至失水，伸缩泡活动频率降低。若海水过浓还会造成细胞失水受损。
5. 不能只凭“耐盐”直接判断。可测根细胞内外离子浓度与吸收方向；设置正常组和呼吸抑制剂/低温抑制能量供应组，在外液浓度、材料和时间相同条件下测净吸收速率。若细胞逆梯度吸收，且抑制供能使吸收显著下降并能排除细胞死亡，则支持主动运输。